光傳送網(wǎng)OTN技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用

1引言

20世紀(jì)80年代末，同步數(shù)字體系（SDH/SONET）問(wèn)世，SDH在歷史上第一次實(shí)現(xiàn)了全球統(tǒng)一的傳送網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了光接口，而且定義了對(duì)光信號(hào)質(zhì)量的監(jiān)控、故障定位和遠(yuǎn)程配置等重要的網(wǎng)絡(luò)管理功能。SDH很快進(jìn)入了實(shí)用化階段，在國(guó)際上和在我國(guó)已得到了廣泛的應(yīng)用，成為信息高速公路的重要支柱之一。但是，在光域，SDH主要起傳輸煤質(zhì)的作用，信息的處理都是在電域完成的，這不僅需要龐大的光/電、電/光變換設(shè)備，而且處理速度受到電子遷移率的限制。在DWDM極大地增加了傳輸容量的情況下，交換節(jié)點(diǎn)的速率瓶頸已日趨嚴(yán)重。另外，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式的增長(zhǎng)，基于電路交換的SDH/SONET已不能完全適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，光網(wǎng)絡(luò)有進(jìn)一步發(fā)展的迫切要求。

光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)進(jìn)一步挖掘了光纖的帶寬潛力，極大地增加了光纖的傳輸容量，同時(shí)也為光層的聯(lián)網(wǎng)提供了可能。ITU-T提出的光傳送網(wǎng)（OTN）以波長(zhǎng)（也可以是波帶或光纖）作為交換粒度，通過(guò)光交叉連接設(shè)備（OXC）和光分插復(fù)用設(shè)備（OADM）實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，形成具有高度靈活性、透明性和生存性的網(wǎng)絡(luò)。

OTN的主要特點(diǎn)是引入了“光層”概念，在SDH傳送網(wǎng)的電復(fù)用層和物理層之間加入光層。OTN處理的最基本的對(duì)象是光波長(zhǎng)，客戶層業(yè)務(wù)以光波長(zhǎng)形式在光網(wǎng)絡(luò)上復(fù)用、傳輸、選路和放大，在光域上分插復(fù)用和交叉連接，為客戶信號(hào)提供有效和可靠的傳輸。

2OTN概念

2.1OTN提出的背景

在20世紀(jì)90年代中期，波分復(fù)用（WDM）技術(shù)趨于成熟并開(kāi)始商用，傳輸系統(tǒng)容量的飛速增長(zhǎng)帶來(lái)的是對(duì)交換系統(tǒng)的壓力和促使其發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。為了解決電子瓶頸限制問(wèn)題，全光通信網(wǎng)迅速發(fā)展。

所謂全光通信網(wǎng)是指信號(hào)以光的形式穿過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，直接在光域內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的傳輸、再生、光交叉連接（OXC）、光分插復(fù)用（OADM）和交換/選路，中間不需經(jīng)過(guò)光電、電光轉(zhuǎn)換，因此它不受檢測(cè)器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對(duì)比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量。

考慮到光信號(hào)固有的模擬特性和光器件的水平，目前在光域內(nèi)很難完成3R中繼功能（即再定時(shí)、整形和放大），人們暫時(shí)放下了全光網(wǎng)絡(luò)的追求，轉(zhuǎn)而用“光傳送網(wǎng)”來(lái)代替。其出發(fā)點(diǎn)是子網(wǎng)內(nèi)全光透明，而在子網(wǎng)邊界處采用O/E/O技術(shù)。1998年，ITU-T正式提出光傳送網(wǎng)（OTN）的概念。OTN是指為客戶層信號(hào)提供光域處理的傳送網(wǎng)絡(luò)，主要的功能包括傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)視和生存性功能等。

2.2OTN標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)定義

OTN光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network）由光纖連接的一系列網(wǎng)絡(luò)單元組成，提供光通道承載任何客戶信號(hào)、具有客戶無(wú)關(guān)性，提供客戶信號(hào)的傳輸、復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控。OTN借鑒SDH的開(kāi)銷思想，引入豐富的開(kāi)銷，使OTN真正具有OAMP能力。OTN定義了OCH、OMSn、OTSn三個(gè)光層概念，其中OCH通過(guò)數(shù)字域的三個(gè)子層OPUk、ODUk、OTUk來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，OTN還引入了帶外FEC，增強(qiáng)了線路的容差性。

2.3OTN幀結(jié)構(gòu)與開(kāi)銷

2.3.1OTN幀結(jié)構(gòu)

G.709定義的是OTN的結(jié)構(gòu)和映射，圖1就是G.709的幀結(jié)構(gòu)：

圖1中Client Signal指的是客戶信號(hào)，OPUk指的是光通道凈荷單元，ODUk指的是光通道數(shù)據(jù)單元，OTUk指的是光通道傳送單元，Alignm指的是幀定界，其中k代表速率級(jí)別，0代表1.25G，1代表2.5G，2代表10G，3代表40G。

由圖1可以看出，G.709幀結(jié)構(gòu)包括了OPUk、ODUk、OTUk、FEC幾個(gè)部分，為4行、4080列、固定不變的幀結(jié)構(gòu)，而它的幀速率則可變。

2.3.2OTN開(kāi)銷

圖2為OTUk/ODUk/OPUk開(kāi)銷。

可以看到OTUk/ODUk/OPUk開(kāi)銷內(nèi)容非常豐富，下面就簡(jiǎn)單介紹一下這些開(kāi)銷。FAS：幀對(duì)齊信號(hào)；MFAS：復(fù)幀對(duì)齊信號(hào)；SM：段監(jiān)控；RES：保留作后續(xù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化；TCMACT：TCM激活標(biāo)志；PM：通道監(jiān)控；EXP：實(shí)驗(yàn)通道；GCC1/2：通用通信通道1/2；APS/PCC：自動(dòng)保護(hù)倒換和保護(hù)通信控制通道；PSI：凈荷結(jié)構(gòu)標(biāo)示符；JC：調(diào)整控制。

3OTN的特點(diǎn)

3.1客戶信號(hào)承載的開(kāi)放性

POS的全稱是IP over SDH，也就是用SDH來(lái)傳送IP業(yè)務(wù)。路由器利用POS端口的SDH開(kāi)銷字節(jié)，快速準(zhǔn)確地檢測(cè)線路傳輸質(zhì)量，使得線路發(fā)生故障后快速啟動(dòng)保護(hù)倒換。然而，POS端口比特成本較高，路由器直接出LAN端口可大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。通過(guò)提供G.709的OTN接口，OTN設(shè)備接入路由器所出的LAN口信號(hào)時(shí)會(huì)疊加類似SDH的開(kāi)銷字節(jié)（OTU/ODU/OPU），代替了路由器POS端口的開(kāi)銷字節(jié)功能，從而消除路由器對(duì)POS端口的依賴性。

OTN定義的數(shù)字包封（DW：Digital Wrapper）結(jié)構(gòu)，可將任意客戶業(yè)務(wù)包含SDH/SONET、ATM、Ethernet、SAN、Video業(yè)務(wù)適配到數(shù)字包封結(jié)構(gòu)中；加上OTN設(shè)備上集成Any-ADM特性，還可提供任意速率業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)功能，使得IP網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活，業(yè)務(wù)傳送更加可靠。

3.2靈活的光電層調(diào)度疏導(dǎo)

如果WDM能夠具備類似SDH的波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)調(diào)度能力，并組建一張端到端的WDM承載網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)現(xiàn)GE、10GE、40G等大顆粒業(yè)務(wù)端到端地快速調(diào)度和保護(hù)，減少對(duì)路由器端口的需求。

ROADM（動(dòng)態(tài)可重配置光ADM）技術(shù)的出現(xiàn)使得WDM能以非常低廉的成本（無(wú)OEO轉(zhuǎn)換）完成超大容量的光波長(zhǎng)交換；但受波長(zhǎng)沖突、光信噪比、色度色散、偏振模色散限制等難以突破的物理光層限制。而OTN交換技術(shù)，以2.5G或10G為顆粒，可在電層上完成大容量的業(yè)務(wù)調(diào)度。如果將ROADM與OTN結(jié)合，形成“光+電”混合交換結(jié)構(gòu)，就可構(gòu)建一個(gè)大容量、大范圍、端到端的WDM網(wǎng)絡(luò)。

3.3大顆粒業(yè)務(wù)的可靠保護(hù)

電信級(jí)業(yè)務(wù)需要達(dá)到50ms的保護(hù)倒換時(shí)間。傳統(tǒng)電信級(jí)IP網(wǎng)中引入SDH層面，一個(gè)重要原因就是為了提供50ms的保護(hù)恢復(fù)時(shí)間。

除傳統(tǒng)WDM設(shè)備均支持的1+1光線路保護(hù)（<50ms），1+1光通道保護(hù)（<50ms）及波長(zhǎng)環(huán)路共享保護(hù)(50~150ms)外，基于OTN交換的WDM設(shè)備還可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)或子波長(zhǎng)級(jí)的Mesh保護(hù)加恢復(fù)、Mesh恢復(fù)，子波長(zhǎng)SNCP（<50ms）、子波長(zhǎng)環(huán)網(wǎng)共享保護(hù)等，如同SDH/ASON一樣豐富、靈活、可靠。

3.4增強(qiáng)的運(yùn)維管理能力

如同SDH一樣， OTN也定義了豐富的開(kāi)銷字節(jié)，具備了SDH相似的運(yùn)維管理能力。當(dāng)某個(gè)WDM網(wǎng)絡(luò)使用字節(jié)TCMi時(shí)，一旦出現(xiàn)誤碼將被記錄到TCMi。GCC0可以用于承載某設(shè)備商自己的通信管理信息，類似SDH的DCC字節(jié)。至于GCC1、GCC2，可以用來(lái)透?jìng)髌渌O(shè)備商的通信管理信息，有利于多個(gè)設(shè)備商共同組建一個(gè)端到端的WDM網(wǎng)絡(luò)。

4OTN與SDH及WDM技術(shù)的關(guān)系

4.1OTN與SDH及WDM技術(shù)的對(duì)比

針對(duì)IP業(yè)務(wù)適配到WDM光層進(jìn)行傳輸，業(yè)界曾提出過(guò)多種實(shí)現(xiàn)方案。IP是網(wǎng)絡(luò)層（L3）協(xié)議，而WDM是物理層（L1）技術(shù)，IP業(yè)務(wù)要想在WDM網(wǎng)絡(luò)中直接傳輸，必須經(jīng)過(guò)中間的數(shù)據(jù)鏈路層（L2）進(jìn)行適配，如IP over SDH（即POS）和IP over GE/10GE等等。

SDH是目前骨干、城域核心網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的傳輸技術(shù)，能夠提供多種不同速率的復(fù)用和業(yè)務(wù)整合、調(diào)度功能，且具有強(qiáng)大的故障恢復(fù)和保護(hù)能力。IP與SDH的結(jié)合是將IP數(shù)據(jù)包通過(guò)GFP/PPP（數(shù)據(jù)鏈路層）等協(xié)議封裝映射到SDH幀，取代原有的ATM層，從而簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互連，是一種較為現(xiàn)實(shí)和高效的IP傳送方式，已在現(xiàn)網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用驗(yàn)證。

然而，與正在蓬勃發(fā)展的IP over GE方案相比，IP over SDH方案存在以下弊端：（1）鏈路帶寬調(diào)整靈活性不足(只能四倍速提升)，（2）缺乏必要的服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)先級(jí)策略（GE支持IEEE 802.1Q/1P服務(wù)等級(jí)策略），（3）不具備成本優(yōu)勢(shì)（路由器中千兆比特線路卡提供與SDH相當(dāng)?shù)娜萘繒r(shí)，成本只是SDH的1/6~1/4左右)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看，不是非常有效的IP到WDM的適配方式。

IP over GE方案也有自己的短板：（1）缺乏成熟、可規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制；（2）缺乏完善的OAM能力，特別是傳送性能監(jiān)控方面完全缺乏；（3）與WDM光波長(zhǎng)相比，早期部署的GE速率較低，卻要獨(dú)占一個(gè)本可達(dá)到10G/40G速率的波長(zhǎng)，沒(méi)有一個(gè)能充分利用波長(zhǎng)帶寬的子波長(zhǎng)（小于10G）業(yè)務(wù)復(fù)用、整合和調(diào)度的適配技術(shù)。

因此ITU-T標(biāo)準(zhǔn)組織提出OTN（光傳送網(wǎng)）這樣一套全新的傳送網(wǎng)絡(luò)體制，期望通過(guò)它來(lái)消除運(yùn)營(yíng)商對(duì)于上述兩種方案在抉擇上的困擾。通過(guò)對(duì)SDH和WDM兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)功能的擇取、融合和優(yōu)化提升，OTN在同一技術(shù)體制下兼具了SDH和WDM復(fù)用整合、保護(hù)調(diào)度、性能監(jiān)控、拉遠(yuǎn)擴(kuò)展、開(kāi)放性和多業(yè)務(wù)接入能力。完整功能的OTN設(shè)備本質(zhì)上可看作為傳統(tǒng)WDM+ADM+MSTP設(shè)備的組合。

4.2OTN對(duì)SDH技術(shù)的繼承與發(fā)展

4.2.1分層結(jié)構(gòu)及其演進(jìn)

OTN可以在光域?qū)蛻粜盘?hào)提供傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)控和生存性功能。從某種意義上講，我們可將OTN看成是傳送SDH信號(hào)的光段層擴(kuò)展。繼承SDH在電域的分層結(jié)構(gòu)，ITU-T G.872標(biāo)準(zhǔn)，將OTN光域也分為三個(gè)子層：它們是光通道層（OCH），負(fù)責(zé)對(duì)電復(fù)用段層客戶信號(hào)路由和分配波長(zhǎng)，選路和監(jiān)測(cè)管理、保護(hù)恢復(fù)；光復(fù)用段層（OMS），負(fù)責(zé)對(duì)單波長(zhǎng)光層信號(hào)復(fù)用和監(jiān)測(cè)控制；和光傳送段層（OTS），負(fù)責(zé)為光信號(hào)在不同類型光傳輸媒介上提供傳輸功能，同時(shí)對(duì)WDM光放大器實(shí)施監(jiān)測(cè)和管理。

4.2.2數(shù)字包封幀結(jié)構(gòu)

SDH信號(hào)有一種基本的塊狀幀結(jié)構(gòu)STM-1，更高速率的信號(hào)則由N*STM-1信號(hào)字節(jié)同步間插構(gòu)成，這樣在不同速率情況下每一幀傳送所需的時(shí)間相同。同樣，OTUk也有一種基本的塊狀幀結(jié)構(gòu)，但不同速率情況下，均采用固定的幀格式和幀大小，這樣不同速率時(shí)每一幀傳送所需的時(shí)間是不同的，換句話說(shuō)就是單位時(shí)間內(nèi)傳送的幀數(shù)不同。

4.2.3串聯(lián)連接監(jiān)視TCM

相對(duì)于SDH只能提供單級(jí)TCM能力，OTN可以提供6級(jí)連接監(jiān)視功能。對(duì)于多運(yùn)營(yíng)商/設(shè)備商/子網(wǎng)環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)分級(jí)分段管理。TCM字節(jié)幀格式與SM/PM字節(jié)基本相同，不同的是TCM監(jiān)測(cè)點(diǎn)的起始位置、使能狀態(tài)完全由網(wǎng)管隨意控制。6個(gè)TCM段可以以嵌套、重疊和串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)。

4.3OTN對(duì)WDM技術(shù)的繼承與發(fā)展

OTN技術(shù)體制中的光域部分其實(shí)就是傳統(tǒng)WDM設(shè)備光復(fù)用/解復(fù)用過(guò)程，光放大過(guò)程的繼承和數(shù)字化。相對(duì)于傳統(tǒng)WDM技術(shù)體制，OTN的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在光層的管理能力上。

4.3.1增強(qiáng)的保護(hù)方案

OTN定義了三種類別的保護(hù)，分別是：路徑保護(hù)、子網(wǎng)連接保護(hù)和共享保護(hù)環(huán)，而傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)WDM只有路徑保護(hù)這一種保護(hù)方式。路徑保護(hù)為專屬端到端保護(hù)機(jī)制，可用于任何物理結(jié)構(gòu)（網(wǎng)、環(huán)和混合）。如果工作路徑失效或性能跌至最低要求，工作路徑將由保護(hù)路徑代替。

4.3.2完善的光層OAM

OTN電層的維護(hù)管理依賴于OTU/ODU的開(kāi)銷字節(jié)，其作用已在前面章節(jié)做了分析，這里主要說(shuō)明光層的維護(hù)管理。OTN相對(duì)于傳統(tǒng)WDM，在光層管理上相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體制有較大提升，傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)WDM設(shè)備基本上只實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性監(jiān)控和部分管理通信功能（通道信息管理）。

5OTN應(yīng)用前景

OTN是WDM發(fā)展的必由之路。新一代大容量傳送系統(tǒng)需要完成從簡(jiǎn)單的P2PWDM技術(shù)向E2E自動(dòng)交換OTN系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，才能全面解決了從業(yè)務(wù)變化和組網(wǎng)功能轉(zhuǎn)移的多維度難題，所以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)WDM向OTN組網(wǎng)演進(jìn)是必然趨勢(shì)。

各廠家OTN設(shè)備也正在逐步實(shí)現(xiàn)，如華為、阿爾卡特朗訊、英飛朗、愛(ài)立信、諾基亞西門子、烽火和中興都在研發(fā)與測(cè)試OTN設(shè)備。下面主要列舉阿爾卡特朗訊與華為兩家廠家的OTN設(shè)備當(dāng)前的研發(fā)測(cè)試情況，其中阿爾卡特朗訊的1850系列設(shè)備已在上海移動(dòng)正式使用。

阿爾卡特朗訊1850 TSS-160、1850 TSS-320、1850 TSS-640支持多業(yè)務(wù)：FE/GE/10GE（對(duì)于10GE LAN支持ODU2/1e/2e）、STM-64/16/4/1、FE、E1/E3、DS1/DS3、C/DWDM 2.5G/10G、OUT-1，OUT-2，OUT-3；支持SWXC電交叉功能：ODU1/ODU2交叉，今后會(huì)實(shí)現(xiàn)ODU0/ODU3交叉，G.709的TCM字段；光層C/DWDM/ROADM功能：8波CWDM/10G44波DWDM，4-8維基于WSS的ROADM；控制平面支持TDM、分組業(yè)務(wù)的電路建立和資源管理。

華為OSN1800，OSN3800，OSN6800，OSN8800當(dāng)前支持SWXC的ODU1電交叉（暫不支持ODU0/ODU2），對(duì)10GE LAN支持ODU2/1e/2e（OSN6800），并計(jì)劃支持OTU3線路板（NS3單板）、40G POS/OTN接入支路板（TSXL單板）、單子架T級(jí)別交叉，提升單板端口密度。

6結(jié)論與展望

無(wú)論固定通信還是移動(dòng)通信領(lǐng)域，基于IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都在逐漸成為業(yè)務(wù)的主導(dǎo)。波分復(fù)用（WDM）技術(shù)由于能夠提供巨大的帶寬，無(wú)可爭(zhēng)議地成為骨干網(wǎng)與城域核心網(wǎng)最主要的傳輸技術(shù)。而簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，OTN=WDM大容量傳送＋SDH豐富OAM＋其他。目前，已經(jīng)實(shí)施了IP over SDH向IP over WDM的演進(jìn)、解決了IP大顆粒業(yè)務(wù)的傳送、1+1保護(hù)等問(wèn)題，但尚有一些需求與挑戰(zhàn)，例如全業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)的大力發(fā)展將導(dǎo)致傳輸容量劇增、去掉SDH層面后，WDM層面要承擔(dān)起傳送網(wǎng)的管理維護(hù)、靈活組網(wǎng)、保護(hù)和調(diào)度功能、集團(tuán)客戶專線業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)要求傳送網(wǎng)成為調(diào)度型網(wǎng)絡(luò)等。

OTN在速率體系、復(fù)用體系、映射方式等方面的演進(jìn)已經(jīng)更加適應(yīng)全業(yè)務(wù)和IP化發(fā)展。在工信部的領(lǐng)導(dǎo)下，中國(guó)的運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商推動(dòng)了OTN演進(jìn)，主導(dǎo)了OTN標(biāo)準(zhǔn)的制定。而隨著全業(yè)務(wù)的發(fā)展和OTN技術(shù)的成熟，OTN必將在干線和城域網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用。